基于预失真编码激励与最小方差波束形成的超声成像算法

为了提高医学超声成像的轴向分辨力,文中提出一种基于预失真编码激励与改进最小方差自适应波束相结合的成像方法。该方法一方面对编码激励信号进行预失真和旁瓣抑制处理,补偿探头对信号的影响,提高发射端的分辨率与成像对比度;另一方面对接收数据采用改进的最小方差波束形成,有效提高了医学超声成像过程中的分辨率并改善自适应算法的鲁棒性。仿真结果表明,相对于恒包络信号与传统的延时叠加波束形成算法,文中算法从信号源和接收数据两方面提高了成像的对比度和分辨力,为实现高质量的超声成像系统提供了理论依据。     

基于脉冲压缩的高频超声信号实时增强系统

高频超声成像具有高分辨率的优点,但其衰减速度过快导致探测深度过浅。编码脉冲压缩可以解决高频超声纵向分辨率和探测深度的矛盾。利用FPGA设计了一个线性调频脉冲的发射和实时压缩系统,通过发射大时宽-带宽积的线性调频脉冲来保证信号的能量,从而提高探测深度,在接收端通过脉冲压缩获得窄脉冲保证分辨率。实验表明,中心频率为10 MHz和50 MHz的高频超声回波信号,经过脉冲压缩以后的分辨率分别为0.3 mm和41 μm,旁瓣水平分别为48 dB和37 dB,信噪比分别提高15 dB和10 dB。     

超声内窥合成孔径成像技术的研究

将广泛应用于雷达系统的合成孔径技术引入超声内窥成像系统,提出一种基于单换能器探头的超声内窥镜合成孔径成像方法。利用单换能器探头的旋转效应,在旋转的不同时刻与位置发射并接收超声回波,等效合成较大的超声发射孔径,以增强超声图像的信噪比与分辨率。分析了单探头合成孔径技术的原理与合成方法,并在此基础上根据超声回波的编码与线性调频特性,完成纵向与横向的脉冲压缩。最后采用中心频率为8 MHz的换能器对猪皮样本进行探测,可分辨出尺寸为0.8 mm×2 mm的目标,系统的信噪比提升了9.38 dB。     

线性调频信号脉压算法研究与仿真

由于羊载频脉冲信号的时宽带宽乘积接近于l,大的时宽和带宽不可兼得,在匹配滤波器理论下引入脉冲压缩的概念。线性调频信号和相位编码信号是2种典型的脉冲压缩信号,它具有大的时宽带宽积,满足距离分辨力和速度分辨力2项指标,在此首先介绍了LFM信号脉压分析,进而引出加权处理降低旁瓣。采用Matlab对LFM信号的加权脉压性能进行了详细分析,在给出仿真结果的同时,对结果进行了分析,可以看出进行加窗脉压可以有效地降低压缩输出中的旁瓣电平,提高主旁瓣比,取得了较好的效果。     

超声线性调频信号脉冲压缩的旁瓣特性研究

在超声成像中,峰值旁瓣过高形成伪像,影响超声成像质量。针对超声换能器的特性,研究线性调频信号激励超声换能器后的带宽、扫描时间与脉冲压缩峰值旁瓣水平相关性,设计相应的调制/滤波方案抑制超声成像峰值旁瓣水平。理论分析和实验结果表明,线性调频信号激励换能器脉冲压缩后的峰值旁瓣水平分别随着线性调频信号带宽和扫描时间的增加而降低,通过比对分析理论与实验的差值,得到误差函数erf(B)、erf(T);与tukey窗函数和Dolph-Chebyshev窗函数调制/滤波方案相比,kaiser窗函数调制/滤波方案更好地解决了脉冲压缩分辨率和峰值旁瓣水平的折衷问题,为最佳调制/滤波方案。     

一种新的高速运动目标成像方法

提出了一种基于相位编码信号的高速运动目标逆合成孔径成像的新方法。相位编码信号在距离维和速度维具有良好的分辨力,属于多普勒敏感信号,因此在进行脉压前一般需要补偿多普勒相位。当目标高速运动时,还要考虑回波信号包络展缩的影响。研究了相位编码信号逆合成孔径成像的运动补偿方法,即采用宽带相位编码信号和窄带线性调频信号结合的方式,窄带信号用来完成目标检测和测速,宽带信号用来提高测速精度和成像。仿真结果表明该算法的有效性。     

0.67 THz高分辨力成像雷达

为达到厘米甚至亚厘米级的成像分辨力,从电子学角度出发,设计并构建了0.67 THz线性调频连续波(FMCW)成像实验平台。平台通过将Ka波段带宽1.2 GHz、功率2 W的线性调频信号24倍频,获得0.66 THz~0.688 8 THz的发射信号,功率约为1.2 mW,接收端的回波经过谐波混频完成去斜(Dechirp)形成2.4 GHz中频信号,二次变频后经高速采样送入信号处理机箱完成成像。雷达发射信号带宽为28.8 GHz,经系统非线性校正处理后,成像分辨力达到1.3 cm,验证了太赫兹雷达的高分辨成像能力。     

编码激励技术在医学超声内窥镜中的实现

为了提高医学超声内窥镜系统的探测深度和成像质量,将广泛应用于雷达系统的编码激励技术引入到超声成像系统中,采用编码脉冲信号激励超声换能器,以增加超声发射功率,提高回波信号信噪比.在分析编码激励原理和超声换能器暂态工作特性的基础上,设计并实现了超声信号的4 bit Barker编码脉冲发射.实验中,激发电路输出的编码激励信号与超声换能器的暂态工作特性吻合;玻璃杯壁的反射超声回波信号,具备编码特征,与Matlab仿真结果相同,且幅度较强.     

基于高斯包络线性调频基自适应分解的ISAR成像

基于高斯包络线性调频基的自适应信号分解算法具有较高的分辨率,当被分析信号(如机动目标ISAR雷达回波信号)可以由调频类信号建模时具有超强分辨能力。该文在高斯包络线性调频基的自适应信号分解算法基础上,提出了基于优化初值选择高斯包络线性调频基自适应信号分解算法,并将其应用到ISAR成像中。仿真结果表明,和传统时频分析方法相比,该算法具有更加优良的性能,对机动目标进行瞬时成像时成像质量得到了较大幅度的改善。     

有频率失谐时线性调频信号的加权处理

象其它复杂信号一样,线性调频信号的加权处理可以改善距离分辨力。对线性调频信号,现有的加权滤波器中最简单和最有效的是海明滤波器。传输系数为1的海明加权滤波器输出的线性调频脉冲复包络由下式表示:     

切趾滤波旁瓣抑制技术在合成孔径雷达中的应用

线性调频SAR回波信号经过二维匹配滤波,所得到二维像具有较高的旁瓣电平,虽然通过幅度加权处理可以降低旁瓣电平,但是主瓣的分辨率会降低。该文针对这一问题,探讨了应用切趾滤波技术来抑制线性调频SAR图像的旁瓣电平的优点,并给出了具体的实现步骤。理论分析和仿真表明,在获得相同的峰值旁瓣电平下,与幅度加权旁瓣技术相比,切趾滤波技术可以保持原SAR图像的分辨率。最后,多目标SAR图像的仿真结果验证了切趾滤波技术的优越性。     

幅度和相位估计的ISAR超分辨成像方法

传统距离多普勒(Range Doppler, RD)成像方法分辨率取决于发射信号的带宽和信号在方位向积累的多普勒带宽。超分辨成像可以在给定带宽条件下,获得比RD方法更优的分辨率。给出一种基于幅度和相位估计(Amplitude and Phase Estimation, APES)的逆合成孔径雷达(Inverse Synthetic Aperture Radar, ISAR)超分辨成像方法,该方法根据回波数据构造自适应滤波器对目标散射点进行重建,仿真和实测ISAR数据成像结果验证了基于APES的ISAR超分辨成像算法的有效性。相比其他超分辨成像方法,该方法重建的散射点幅度更为精确,副瓣更低,图像对比度和图像信噪比增加,整体成像效果较佳。     

相位编码信号的综合旁瓣能量改善技术

相位编码信号的综合旁瓣性能不佳是制约其在分布式目标观测应用中的主要因素。根据相位编码信号的均匀旁瓣结构有利于抑制旁瓣能量的性质,采用失配滤波技术对接收回波处理,获得了基本均匀的旁瓣输出,进一步通过接收回波提取出原始发射信号分量,通过一位时移、取复共轭形成了旁瓣对消器,经过旁瓣对消处理后极大地改善了相位编码信号的积分旁瓣比指标值,并且获得了类似线性调频信号的多普勒容忍性,本方法将使得相位编码信号在雷达对地观测等方面获得很好的应用前景。     

一种基于失真估计的ISAR系统补偿算法

由于逆合成孔径雷达利用发射宽带信号获得高分辨率的距离向 ,信号带宽通常为几百兆赫 ,当系统采用宽带的线性调频信号和时频转换技术时 ,接收和发射系统不可避免地产生失真 ,因此必须对ISAR系统进行系统补偿。介绍了一种基于失真估计的补偿算法 ,并在X波段带宽达 1GHz的测试平台上 ,采用去斜接收和Hamming加权FFT谱分析后 ,副瓣电平可达到 -3 5dB以上     

基于NLFM的超低旁瓣脉冲压缩方法研究

在新型的天气雷达中,由于地面杂波反射强度能达到30~55dB,为了测量雨水强度,要求旁瓣电平小于60dB。相对于线性调频信号通过幅度加权得到低旁瓣输出,非线性调频信号(NLFM)无需加权就可以得到很低的主副瓣比,因此没有加权引起的信噪比损失和主瓣展宽等问题。但是对非线性调频信号直接匹配滤波只能获得-40dB左右的主副瓣比,无法满足天气雷达实际应用的需要,因此文中提出一种基于非线性调频信号的改进设计方法,仿真结果表明,该方法可以有效降低旁瓣电平,获得-73dB的主副瓣比,但也会引入一定的信噪比(SNR)损失。     

线性调频信号主瓣不展宽旁瓣抑制方法

以汉明窗为代表的加权方法在抑制线性调频信号的匹配滤波输出峰值旁瓣的同时展宽主瓣,致使距离分辨力下降。为兼顾旁瓣抑制和高距离分辨力的需求,该文提出一种新的主瓣不展宽旁瓣抑制方法。该方法首先将匹配滤波和加权处理的输出幅度进行归一化处理,然后逐点进行比较,再取各点对应的最小值作为最终的输出数据。该方法兼取了匹配滤波和加权处理的优点,其-3 dB主瓣展宽系数与匹配滤波相比仅为1,而旁瓣抑制性能和对应的加权处理相当。仿真结果和湖上试验验证了该方法的有效性。     

使用线性调频脉冲串信号的新雷达工作模式

针对LFM信号高距离分辨率与宽带宽的矛盾,本文提出了一种新的线性调频子脉冲串(LFM burst)信号雷达工作模式。在回波信号处理时,对其先进行子脉冲内匹配压缩,再对各个子脉冲进行脉冲间相参合成,进一步提高雷达的距离分辨率。LFM burst工作模式在不增加系统瞬时带宽的条件下,可以成倍地提高雷达的距离分辨率;相反如果雷达距离分辨率的要求不变,则可以有效降低系统的瞬时带宽。本文提出并论证了LFM burst模式的工作原理,分析了它带来的优点,同时还对多目标回波和动目标多普勒特性进行了讨论。     

线性调频信号两种加权滤波的等价性

在雷达信号处理中,雷达接收的线性调频信号通常要输入匹配滤波器或者互相关器进行处理,并且采用各种窗函数降低压缩脉冲的距离副瓣。文中以采用海明窗降低副瓣为例,证明了大时宽带宽积线性调频信号的加权匹配滤波器和互相关器输出近似等价,然后利用仿真实例对此加以检验。当采用其他余弦型窗降低副瓣时,其近似等价关系保持不变。